雷达脉冲积累

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机载脉冲多普勒雷达长相参积累目标运动补偿

关键词：脉冲多普勒雷达；长时间相参积累；距离走动补偿
中图分类号：ＴＮ９５７．５１文献标志码：Ａ
ＭｏｔｉｏｎＣｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎｆｏｒＬｏｎｇ－ｔｉｍｅＣｏｈｅｒｅｎｔＩｎｔｅｇｒａｔｉｏｎＴａｒｇｅｔｉｎ
ＡｉｒｂｏｒｎｅＰＤＲａｄａｒ
ＣＡＯＳｈｕｈｕａ，ＦＡＮＧＷｅ￣ｕｎ，ＷＡＮＧＬｉｎｇｙａｎ（ＲａｄａｒａｎｄＡｖｉｏｎｉｃｓＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＡＶＩＣ，ＪｉｎｇａｓｕＷｕｘｉ２１４０６３，Ｃｈｉｎａ）
Ｆｅｂ２０１５
ＤＯＩ：１０．１５８９２／ｊ．ｃｎｋｉ．ｄｊｚｄｘｂ．２０１５．Ｏ１．０４１
机载脉冲多普勒雷达长相参积累目标运动补偿
曹书华，房卫军，汪凌艳
（中航工业雷达与电子设备研究院，江苏无锡摘２１４０６３）要：针对机载脉冲多普勒雷达长时问相参积累时，空空目标在距离维上走动引起的相参积累能量损失问
第３５卷第１期２０１５年２月
弹箭与制导学报ＪｏｕｒｎａｌｏｆＰｒｏｊｅｃｔｉｌｅｓ，Ｒｏｃｋｅｔｓ，ＭｉｓｓｉｌｅｓａｎｄＧｕｉｄａｎｃｅ
Ｖｏｌ＿３５Ｎｏ．１

雷达原理模拟题及参考答案

模拟题1一、填空（每空1分，总共25分）1. 英文“Radar ”（音译雷达）的中文含义_________________。

2. 雷达发射机分为和两大类，全相参系统是指。

3. 在满足直视距离条件下，如果保持其它条件不变（其中天线有效面积不变），将雷达发射信号的频率从1GHz 提高到4GHz ，则雷达作用距离是原来的___ ____倍。

4. 用带宽是5Hz 的测试设备测得某发射机在fm=400Hz 处分布型寄生输出功率是20μw ，信号功率是100mw ，则发射机在400Hz 处的频谱纯度是_______________________。

（此题必须注明单位，否则零分） 5. 某软性开关调制器如下图所示：LchL1L1L1C1C1C1n1n2R变压器磁控管等效电阻R=400欧姆，负载匹配，脉冲变压器的初级匝数n1=1000，次级匝数n2=2000，Lch ＝40H ，=2000Hz ，则L r f 1＝，C1＝。

（此题必须注明单位，否则零分） 6. 某雷达检测的门限电平V T =4V ，高斯噪声的均方根值V 1=σ，此雷达的虚警概率是。

7. 三角波调频测距系统，调频斜率ms MHz /3=μ，目标到雷达的距离是80Km ，频率计指示读数为______________。

（此题必须注明单位，否则零分）8. 某警戒雷达发射脉冲为脉宽为2μs 的矩形脉冲，接收匹配滤波器采用矩形滤波器，最佳带宽脉宽积为1.37，不考虑剩余失谐，则接收机中频通道的最佳带宽为______第2页共7页____。

(此题必须注明单位，否则零分)9. 雷达脉冲积累对雷达检测性能有所改善，M 个脉冲的相参积累可以使雷达信号的输出信噪比提高为不积累的倍。

10. 某脉冲雷达脉冲宽度为1.5微秒，则其最小可分辨距离为：米。

11. 若雷达探测的目标是一架飞机，雷达的发射频率是，若飞机以100m/s 的速度绕雷达做圆周运动，则雷达接收到的目标回波信号的频率是 GHz 1Hz 。

分布式相参雷达多脉冲积累相参参数估计方法

第18卷第6期太赫兹科学与电子信息学报Vo1.18，No.6 2020年12月 Journal of Terahertz Science and Electronic Information Technology Dec.，2020 文章编号：2095-4980(2020)06-1003-07分布式相参雷达多脉冲积累相参参数估计方法王雪琦，涂刚毅，吴少鹏(中国船舶重工集团公司第七二四研究所，江苏南京 211106)摘要：分布式相参雷达(DCAR)是目前国内外雷达领域的重要研究方向，精确的参数估计是实现其良好相参性能的前提和核心。

基于动目标模型，提出一种基于多脉冲积累的相参参数估计方法。

该方法通过对多脉冲信号进行快、慢时间匹配滤波处理，实现多脉冲相参积累；再利用互相关法进行相参参数估计。

仿真分析对比了不同脉冲个数和不同输入信噪比下的参数估计性能和相参性能，仿真结果表明，该方法具有可行性，且可以有效提高低信噪比情况下的参数估计性能和相参性能。

关键词：分布式相参；参数估计；动目标；多脉冲积累中图分类号：TN957.51文献标志码：A doi：10.11805/TKYDA2019182Coherent parameters estimation method for distributed coherent radarbased on multi-pulse accumulationWANG Xueqi，TU Gangyi，WU Shaopeng(No.724 Research Institute of CSIC，Nanjing Jiangshu 211106，China)Abstract：Distributed Coherent Aperture Radar(DCAR) is an important research direction in the field of radar at home and abroad. Accurate parameter estimation is the premise and core of good coherenceperformance. Based on the moving target model, a coherent parameter estimation method based onmulti-pulse accumulation is proposed. The method performs fast-time and slow-time match filtering formulti-pulse signals, and obtains the results of multi-pulse coherent accumulation. Then thecross-correlation method is utilized to estimate the coherent parameters. The performance of parameterestimation and correlation under different numbers of pulses and different input signal-to-noise ratios arecompared by simulation analysis. The simulation results show that the method is feasible and caneffectively improve the performance of parameter estimation and coherence in low signal-to-noise ratio.Keywords：distributed coherence；parameter estimation；moving target；multi-pulse accumulation分布式相参雷达(DCAR)因具有较好的探测性能、高角度分辨力、灵活性和机动性等一系列技术优势而成为目前国内外雷达领域研究热点[1-5]。

雷达系统课后习题和答案

雷达系统课后习题和答案雷达原理习题集第一章1-1.已知脉冲雷达中心频率＝3000MHz，回波信号相对发射信号的延迟时间为1000μs，回波信号的频率为3000.01MHz，目标运动方向与目标所在方向的夹角60°，求目标距离、径向速度与线速度。

1-2.已知某雷达对σ= 的大型歼击机最大探测距离为100Km，a）如果该机采用隐身技术，使σ减小到，此时的最大探测距离为多少？b）在a）条件下，如果雷达仍然要保持100Km最大探测距离，并将发射功率提高到10倍，则接收机灵敏度还将提高到多少？1-3. 画出p5图1.5中同步器、调制器、发射机高放、接收机高放和混频、中放输出信号的基本波形和时间关系。

第二章2-1. 某雷达发射机峰值功率为800KW，矩形脉冲宽度为3μs，脉冲重复频率为1000Hz，求该发射机的平均功率和工作比2-2. 在什么情况下选用主振放大式发射机？在什么情况下选用单级振荡式发射机？2-3. 用带宽为10Hz的测试设备测得某发射机在距主频1KHz处的分布型寄生输出功率为10μW，信号功率为100mW，求该发射机在距主频1KHz处的频谱纯度。

2-4. 阐述p44图2.18中和p47图2.23中、的作用，在p45图2.21中若去掉后还能否正常工作？2-5. 某刚性开关调制器如图，试画出储能元件C的充放电电路和①~⑤点的时间波形2-6. 某人工长线如图，开关接通前已充电压10V，试画出该人工长线放电时（开关接通）在负载上产生的近似波形，求出其脉冲宽度L=25μh，C=100pF，=500Ω2.7. 某软性开关调制器如图，已知重复频率为2000Hz，C=1000pF，脉冲变压器匝数比为1：2，磁控管等效电阻=670Ω，试画出充放电等效电路和①~⑤点的时间波形。

若重复频率改为1000Hz，电路可做哪些修改？2.8．某放大链末级速调管采用调制阳极脉冲调制器，已知=120KV，Eg=70V，=100pF，充放电电流I=80A，试画出a,b,c三点的电压波形及电容的充电电流波形与时间关系图。

第3章脉冲多普勒雷达

1.脉冲多普勒雷达的跟踪 (1)单目标跟踪系统 (1-1)角度跟踪系统根据角度，距离和速度信息，用伺服系统始终跟踪目标。补充：常规雷达单目标跟踪方式：圆锥扫描，单脉冲体制。回波扫描角度
目标扫描轨迹
回波
扫描角度图3.8 圆锥扫描示意
βx 波程差l y x 图3.9 单脉冲跟踪示意目标方位βx与波程差l和信号相位差θ的关系： (3-9)
f c ,max =
2v R cos ψ λ
角度变化范围是0-360度，所以，旁瓣多普勒频率范围是．．．当PD雷达不动是主瓣杂波与旁瓣杂波在频域上是重合的 (3)垂直(高度线)杂波。雷达副瓣垂直照射地面，地面反射较强，回波中存在一个较强的＂零频＂杂波． (4)无杂波区适当选择雷达脉冲重复频率使地面杂波不连续不重叠，形成无杂波区．在无杂波区域，只有接收机噪声，没有地面杂波，有利于发现该区域的运动目标．
6.恒虚警处理现在恒虚警处理均在零中频上进行。 7.线性调频频谱变换(p91) 进行频谱分析最简单的方法就是进行傅立叶变换。我们也可以用若干滤波器组成滤波器组进行频谱分析。得益于CCD器件和SAW器件的发展。 §3.4脉冲多普勒雷达数据处理数据处理的目的：最大限度提取雷达目标的坐标信息。内容：解测距模糊，解测速模糊和目标跟踪。
§3.1脉冲多普勒雷达的基本概念
脉冲多普勒雷达简称PD雷达，特点：具有脉冲雷达的距离分辨能力具有连续波雷达的速度分辨率有强的杂波抑制能力
1.PD雷达的定义雷达的定义 20世纪70年代初的定义 (1)具有足够高的PRF，使观测范围内的目标、杂波时均没有速度模糊。 (2)能对脉冲串频谱单根谱线滤波。 (3)对观测目标的距离有一定的模糊。上世纪70年代中期，制造出中重频PD雷达，既有距离模糊又有速度模糊。而将原来的定义称为高重频PD雷达。最后，不管雷达的重复频率，只要满足上述定义第二条，就可称为PD雷达，是一个广义定义。

激光雷达相干积累的原理

激光雷达相干积累的原理
激光雷达是一种利用激光来探测目标的雷达系统。

相干积累是
激光雷达中的一种信号处理技术，它可以帮助提高雷达系统的测距
精度和目标分辨率。

激光雷达通过发射激光脉冲并测量其返回时间来确定目标的距离。

相干积累的原理是利用激光的相干性质，将多个激光脉冲的返
回信号进行叠加处理，从而增强目标信号的强度，提高信噪比，进
而提高测距精度和目标分辨率。

在激光雷达中，激光脉冲经过发射后，与目标相互作用后返回
到接收器。

这些返回的信号经过处理后，可以得到目标的距离信息。

而利用相干积累的技术，可以将多个激光脉冲的返回信号进行积累
叠加，通过叠加处理可以增强目标信号的强度，从而提高信噪比。

这样一来，即使目标信号非常微弱，也能够通过相干积累技术得到
足够强度的信号，从而提高了雷达系统的测距精度和目标分辨率。

相干积累的原理可以帮助激光雷达系统在复杂环境下更好地探
测目标，提高了雷达系统的性能和可靠性。

这种信号处理技术在军事、航空航天、地质勘探和气象等领域都有着广泛的应用。

通过相
干积累技术，激光雷达可以更准确、更可靠地获取目标的距离信息，为各种应用提供了重要的技术支持。

雷达基本理论与基本原理

雷达基本理论与基本原理一、雷达的基本理论1、雷达工作的基本过程发射机产生电磁信号，由天线辐射到空中，发射的信号一部分被目标拦截并向许多方向再辐射。

向后再辐射回到雷达的信号被天线采集，并送到接受机，在接收机中，该信号被处理以检测目标的存在并确定其位置,最后在雷达终端上将处理结果显示出来。

2、雷达工作的基本原理一般来说，会通过雷达信号到目标并从目标返回雷达的时间，得到目标的距离。

目标的角度位置可以根据收到的回波信号幅度为最大时，窄波束宽度雷达天线所指的方向而获得。

如果目标是运动的，由于多普勒效应，回波信号的频率会漂移。

该频率的漂移与目标相对于雷达的速度成正比，根据2rd v f λ=,即可得到目标的速度。

3、雷达的主要性能参数和技术参数雷达的主要性能参数雷达的探测范围雷达对目标进行连续观测的空域，叫做探测范围，又称威力范围，取决于雷达的最小可测距离和最大作用距离，仰角和方位角的探测范围。

测量目标参数的精确度和误差精确度高低用测量误差的大小来衡量，误差越小，精确度越高，雷达测量精确度的误差通常可以分为系统误差、随机误差和疏失误差。

分辨力指雷达对两个相邻目标的分辨能力。

可分为距离分辨力、角分辨力（方位分辨力和俯仰角分辨力）和速度分辨力。

距离分辨力的定义：第一个目标回波脉冲的后沿与第二个目标回波脉冲的前沿相接近以致不能分辨出是两个目标时，作为可分辨的极限，这个极限距离就是距离分辨力：min ()2c R τ∆=。

因此，脉宽越小，距离分辨力越好数据率雷达对整个威力范围完成一次探测所需时间的倒数。

抗干扰能力指雷达在自然干扰和人为干扰（主要的是敌方干扰（有源和无源））条件下工作的能力。

雷达可靠性分为硬件的可靠性（一般用平均无故障时间和平均修复时间衡量）、软件可靠性和战争条件下雷达的生存能力。

体积和重量体积和重量决定于雷达的任务要求、所用的器件和材料。

功耗及展开时间功耗指雷达的电源消耗总功率。

展开时间指雷达在机动中的架设和撤收时间。

综合脉冲孔径雷达的一种长时间相参积累方法

第34卷第6期2020年12月空军预警学院学报Journal of Air Force Early Warning AcademyV ol.34No.6Dec.2020收稿日期：2020-07-29作者简介：董鹏曙(1965-)，男，教授，主要从事雷达装备发展与运用研究．综合脉冲孔径雷达的一种长时间相参积累方法董鹏曙，向龙，谢幼才，武文（空军预警学院，武汉430019）摘要：针对综合脉冲孔径雷达(SIAR)长时间相参积累处理中运动补偿处理复杂和运算量太大问题，提出通过适当增大距离分辨单元，将距离走动和多普勒走动二维补偿处理简化为多普勒走动的一维补偿处理方法．首先建立了多普勒频率变化与目标运动加速度、角速度的关系模型，分析了加速度、角速度对多普勒频率的影响；然后提出一种基于多普勒频率变化的运动补偿方法，并对补偿前后的相参积累脉冲数进行了仿真分析．仿真结果表明，该方法可使SIAR 相参积累时间延长数十倍，运算量减少为数百分之一．关键词：综合脉冲孔径雷达；相参积累；长时间；运动补偿中图分类号：TN957文献标识码：A文章编号：2095-5839(2020)06-0397-05综合脉冲孔径雷达(SIAR)是一种新型的米波稀布阵雷达，其发射波束是全向的，在接收端采用数字波束形成(DBF)可以同时得到多个接收波束以观测多个方向，甚至可以实现全向观测．由于没有波束扫描，其数字计算形成的接收波束能长时间不间断地跟踪目标，进行长时间的相参积累，从而更有效地利用雷达发射信号能量，获得比常规波束扫描雷达更远探测距离[1]．采用长时间相参积累技术，可以有效提高微弱目标信噪比，实现对隐身飞机、巡航导弹等小RCS 目标的探测．然而，随着积累时间的延长，即使对常规运动目标，其回波信号也会出现距离走动、多普勒走动现象，使得相参积累的得益明显降低．现有的长时间积累算法可分为非相参积累法、相参积累法、混合积累法3种．文献[2-4]研究了基于Hough 变换(HT)的非相参积累算法，虽然易于实现，但在低信噪比条件下积累性能显著下降，甚至完全抵消积累增益．文献[5-8]研究了基于Keystone 变换(KT)的相参积累方法，虽然能够对距离走动进行校正，但未补偿多普勒走动，且运算量较大．文献[9-10]研究了基于Radon-Fourier 变换(RFT)相参积累方法，通过搜索目标运动路径，将积累结果投影到距离和速度二维参数空间，形成聚焦峰，从而实现回波信号长时间的相参积累，但随着参数空间维度的增加，带来运算量呈几何级增长的问题．文献[11]提出一种基于启发式搜索的混合积累方法，将积累时间分为若干个子孔径，在子孔径内对目标回波通过动目标检测(MTD)处理实现相参积累，子孔径间进行非相参积累．该方法虽降低了运算量，但其非相参处理限制了积累增益．上述文献均未考虑SIAR 的特殊性．本文针对SIAR 长时间相参积累处理中为补偿动目标距离走动和多普勒频率走动所引起的运算量大问题，提出一种新的综合处理策略，即通过适当增大距离分辨单元，将距离走动、多普勒走动二维补偿处理简化为多普勒走动的一维补偿处理，以减少运算量，提高处理效率，实现长时间相参积累．1SIAR 长时间相参积累方法分析SIAR 由于没有波束扫描，积累时间远长于常规雷达，可达秒甚至数秒量级，但也面临更严峻的距离走动、多普勒走动问题．其实现长时间相参积累的理想方法是对距离走动和多普勒走动均进行补偿，使目标回波聚焦在同一距离单元和多普勒单元，获得最大的积累增益．距离走动补偿的基本方法是Keystone 变换，可用sinc 插值完成，其运算复杂，常用DFT-IFFT ，以降低运算量[6]．但在进行长时间相参积累时，由于积累脉冲数较多，其运算量仍然极大．再加上多普勒走动补偿，使运算量变得极其巨大，难以完成实时处理．因此，在工程实现上必须采取某种折中处理方法．为使目标长时间处于一个距离分辨单元之内，可通过适当降低距离分辨率、增大距离分辨单元的方式实现．在监视雷达中，对隐身飞机、巡航导弹等小RCS 目标，首要的是发现目标，适当降低距离分辨率是可以接受的．当距离DOI:10.3969/j.issn.2095-5839.2020.06.002空军预警学院学报2020年398分辨单元由150m增大至600~900m，相参积累时间增大4~6倍．对于声速飞行的目标，穿过一个距离分辨单元的时间约为2~3s，目标回波的脉冲数可达数百至上千个，即在适当降低距离分辨率、增大距离分辨单元后，可以不考虑距离走动的影响，只需考虑多普勒走动影响．2目标运动对多普勒频率的影响分析对运动目标回波而言，其多普勒频率为fd=2v cosθ/λ(1)式中，v为目标运动速度，θ为目标运动方向与雷达视线之间的夹角，λ为发射信号的波长．在雷达发射信号波长一定的条件下，目标运动速度v和夹角θ的变化均可引起多普勒频率fd的变化．将式(1)全微分[12]可得D fd =¶fd¶vD v+¶fd¶θDθ=(D f2d(v)+D f2d(θ))1/2D t sin(φ-θ)(2)式中，D fd(v)=2v′/λ为目标加速度v′引起的回波多普勒频率变化率，D fd(θ)=2vθ′/λ为目标角速度θ′引起的回波多普勒频率变化率，φ=arctan(D fd(v)/D fd (θ))为D fd(v)与D fd(θ)决定的相角，D t为相参积累期时间．由式(2)可知，在目标运动加速度、角速度一定条件下，相参积累期间目标回波多普勒频率近似呈线性变化．2.1加速度对多普勒频率的影响假设雷达重复频率为400Hz，则重复周期为2.5ms；现代飞行器飞行速度v可达数马赫，加速度v′可达数个重力加速度g．表1给出了目标加速度v′为1g~3g、雷达发射频率为100~300MHz 时，相邻2个重复周期之间目标回波多普勒频率变化δf=T D fd(v)(T为雷达重复周期)情况．表1目标加速度对多普勒频率变化δf的影响v′/(m/s2)g2g3g不同发射频率下的δf/Hz 1000.0170.0330.0501500.0250.0500.0742000.0330.0660.0992500.0410.0830.1243000.0500.0990.149以512点相参积累为例分析，相参积累时间D t为1280ms，多普勒分辨单元约为0.781Hz．由表1可见，尽管相邻2个重复周期之间目标回波多普勒频率变化δf很小，但512个重复周期之间多普勒频率变化范围约为8.7~76.3Hz，远远超出了多普勒分辨单元．2.2角速度对多普勒频率的影响现代飞机机动飞行瞬时盘旋角速度可达数十度每秒，飞行速度可达数马赫．取目标飞行速度为1Ma(340m/s)，表2给出了目标与雷达视线之间的角速度θ′为5°/s~20°/s(0.088~0.349rad/s)，雷达发射频率为100~300MHz时，相邻两2个重复周期之间目标回波多普勒频率变化δf=T D fd(θ)情况．表2目标角速度对多普勒频率变化δf的影响θ′/(°/s)51020不同发射频率下δf/Hz1000.0500.0980.1961500.0740.1470.2942000.0980.1960.3922500.1220.2450.4893000.1400.2940.588由表2可见，相邻2个重复周期之间的目标回波多普勒频率变化δf尽管不大，但512个重复周期之间多普勒频率变化约为25.6~301.1Hz，远超出多普勒分辨单元．由表1、表2可知，角速度引起的回波多普勒频率变化远大于加速度引起的回波多普勒频率变化，因此，角速度是影响目标回波多普勒频率变化的主要因素．在SIAR 中，由于没有天线机械扫描，角速度仅为目标机动角速度，其引起的回波多普勒频率变化率D fd(θ)比常规雷达要小很多，更有利于实现长时间相参积累．2.3加速度和角速度对多普勒频率综合影响表3给出了加速度为3g、角速度θ′为10°/s~ 30°/s时，雷达发射频率为100~300MHz，相邻2个重复周期之间目标回波多普勒频率变化δfmax=(D f2d(v)+D f2d(θ))1/2T情况．当加速度为0~ 3g、角速度为0°/s~30°/s、雷达发射频率为200MHz 时，相邻2个重复周期之间目标回波多普勒频率变化的综合影响如图1所示．表3v′=3g时角速度随脉间多普勒频率变化情况θ′/(°/s)102030不同发射频率下δfmax/Hz1000.0680.1100.2021500.1100.1650.3032000.1400.2920.4042500.1740.2740.5053000.2040.3290.607１．５１．００．５０３０２０１００１０２０３０加速度／（ｍ／ｓ２）角速度／（　／　ｓ）ｆ／Ｈｚ图1v′和θ′随多普勒频率变化情况由表3和图1可以看到，相邻2个重复周期之间的目标回波多普勒频率变化δf可达0.404Hz，512个重复周期之间多普勒频率变化可达206.8Hz，远超出多普勒分辨单元．第6期董鹏曙，等：综合脉冲孔径雷达的一种长时间相参积累方法3993基于多普勒补偿长时间相参积累方法对SIAR 而言，基于多普勒补偿长时间相参积累的基本方法是：在完成孔径综合、脉冲综合后，通过运动补偿，消除目标回波在相参处理期内多普勒频率变化(或使多普勒频率变化在一个多普勒分辨单元之内)，再通过MTD 处理实现相参积累．3.1多普勒补偿原理设相参处理间隔期内N 点回波信号为S =[s (0)s (1) s (n ) s (N -1)](3)式中s (n )为复信号，即s (n )=A exp[j(2πf d n nT +φ)](4)式中φ为复信号的初相．则相参处理期间N 点回波的多普勒频率向量为F d =[f d0f d1 f d n f d N -1](5)以首点回波的多普勒频率f d0为基准，N 点回波的多普勒频率变化向量为D F d =[0D f d1 D f d n D f d N -1](6)式中D f d n =f d n -f d0．构造补偿向量：K =[1exp(-j2πD f d1T ) exp(-j2πD f d n T )exp(-j2πD f d N -1T )](7)进行如下运算：Y =SK T(8)即可补偿掉目标回波在相参处理期间的多普勒频率变化，将N 点回波聚焦于一个多普勒通道．对杂波而言，补偿处理不能改变其功率谱特征．对白噪声而言，任何处理都不能消除其随机性，补偿处理后仍为白噪声．脉间多普勒频率变化可通过搜索的方式获得．假设相参处理期间，目标回波多普勒频率呈线性变化，σf 为最小搜索间隔，搜索步距为i σf (i 为整数)．则第i 个搜索补偿向量为K i =[1exp(-j2πi σfT ) exp(-j2πi σf (N -1)T )](9)进行如下搜索处理：δf =max i|SK T i |0£i £N -1(10)得到补偿后的积累峰值，经选大可得到最匹配的脉间多普勒频率变化δf =i σf ．3.2多普勒补偿精度要求分析假设积累期间，目标回波的多普勒频率呈线性变化，相邻脉冲之间多普勒频率变化为δf ，取雷达重复频率为F r ，考察δf 对相参积累的影响．1)当0<δf £F r /N 2时D F d =[0 F r /N 2 i F r /N 2 (N -1)F r /N 2](11)(N -1)F r /N 2<F r /N ，则N 点回波经相参积累后功率谱处于一个通道之内，呈聚焦状态，无需补偿．2)当F r /N 2<δf <F r /N 时令δf =kF r /N 2，则D F d =[0 k F r /N 2 i kF r /N 2 (N -1)kF r /N 2](12)k (N -1)F r /N 2<kF r /N (2£k £N -1)，则N 点回波经相参积累后功率谱分布在k 个通道上，呈散焦状态，需要补偿．3)当δf =F r /N 时D F d =[0 F r /N i F r /N (N -1)F r /N ](13)则N 点回波经相参积累后功率谱均匀分布在N 个通道，呈散焦状态，需要补偿．4)当δf 为多普勒分辨单元的奇数倍时即δf =(2L -1)F r /N (N 为偶数，L =1 2 N /2)．由于折叠效应，N 点回波的功率谱将均匀且等幅的分布于N 个多普勒通道中，每个多普勒通道仅占信号总能量的1/N ，呈散焦状态，需要补偿．5)当(2L -1)F r /N <δf <2LF r /N 时令δf =(2L -1)F r /N +kF r /N 2(N 为偶数，L =1 2 N /2)，可分解为2)、4)两种情形的叠加，则N 点回波经相参积累后功率谱均匀分布在N 个通道，再叠加k 个通道的分布，呈散焦状态，需要补偿．6)当δf 为多普勒分辨单元的偶数倍时即δf =2LF r /N (N 为偶数，L =1 2 N /2)，N 点回波经相参积累后功率谱覆盖的通道数随2L 不同而各异，呈散焦状态，需要补偿[12]．7)当2LF r /N <δf <(2L +1)F r /N 时令δf =2LF r /N +kF r /N 2(N 为偶数，L =1 2 N /2)，可分解为2)、6)两种情形叠加，呈散焦状态，需要补偿．3.3基于运动补偿的MTD 处理方法由上述分析可知，多普勒补偿的精度需优于F r /N 2．可按粗精两级搜索的方式进行补偿，具体步骤如下．Step 1按雷达参数和典型目标运动参数，求相邻脉冲之间的最大多普勒频率变化：δf max ={(δf 2max (v )+δf 2max (θ))1/2 δf max <F r(δf2max(v )+δf 2max (θ))1/2mod(F r ) δf max ³F r(14)式中mod(×)为求模运算．Step 2将δf max 以F r /N 、F r /N 2为基数进行归一化分解：δf max »pF r /N +qF r /N 2(15)式中，p 、q Î[0 N -1]，p =δf max mod(F r /N )，q =(δf max -pF r /N )mod(F r /N 2)．空军预警学院学报2020年400Step3进行粗搜索，其搜索范围为[-p +p]．Step4进行精搜索，其搜索范围为[-q +q]．基于粗精两级多普勒补偿的MTD处理流程如图2所示．经两级补偿、FFT处理、求模选大后，得到补偿积累峰值，然后经恒虚警率(CFAR)处理及检测，确定是否存在目标．从而消除相邻脉冲之间多普勒频率变化的影响，使相参处理期间多普勒频率变化在一个多普勒分辨单元内，完成相参积累和信号检测．图2粗精两级多普勒补偿MTD处理流程由式(15)可知，当δf<Fr/N时p=0，可两级处理简化为一级处理．分析表3、图1数据，在SIAR常用的VHF波段，通过适当选取雷达重复频率Fr和相参积累脉冲数N，可使得基于多普勒补偿的MTD只需进行一级处理，算法实现大为简化，共需进行(2q+1)次N点FFT处理．4性能分析4.1补偿性能对常规MTD处理而言，当雷达重复频率为F r 、处理脉冲数为N1时，其多普勒分辨单元为F r /N1，相参积累条件是相参处理期内多普勒频率变化不超过一个多普勒分辨单元，即N1δfmax£F r /N1，由此可得N1£(Fr/δfmax)1/2(16)对SIAR基于多普勒补偿的MTD处理，相参积累脉冲数取决于目标在一个距离分辨单元内被照射的最大脉冲数．若距离分辨单元为D R,则目标穿过距离分辨单元所需的时间为D R/(v cosθ)，对应的最大照射脉冲数为N2=FrD R/(v cosθ)(17)将运动补偿之后的相参积累脉冲数与运动补偿之前的相参积累脉冲数之比定义为积累扩展系数Q，则Q=N2/N1(18)当雷达发射频率为200MHz、重复频率为400Hz时，取目标飞行速度v为340m/s、目标飞行加速度v′为3g，目标与雷达之间角速度θ′为10°/s~30°/s(0.175~0.524rad/s)，目标运动方向与雷达视线之间的夹角为45°，距离分辨单元为600m，表4给出了常规MTD处理、SIAR多普勒补偿MTD处理的相参积累脉冲数及积累扩展系数(表中脉冲数进行了取整处理)．表4常规MTD处理与补偿MTD处理的积累脉冲数θ′/(°/s)102030δf/Hz0.1400.2920.404N1533731N2998998998Q18.827.032.2图3给出了加速度v′为3g、角速度θ′从10°/s (0.175rad/s)到60°/s(1.047rad/s)连续变化时，积累扩展系数对应变化关系．由表4、图3可以看到，通过运动补偿处理，SIAR积累扩展系数可达数10倍，从而实现了长时间的相参积累．１０２０３０４０５０６０２５３５４５５５６５积累扩展系数角速度／（　／　ｓ）图3角速度与积累扩展系数的对应关系4.2运算量假设每个重复周期内采样的点数为M，相参积累脉冲数为N．在进行距离、多普勒二维补偿处理时，运用KT补偿距离走动，对信号进行变尺度DFT处理需要进行MN2次复乘运算，为补偿信号多普勒走动需要进行MN2次复乘运算，对信号进行M次N点的快速傅里叶逆变换还有MN lg N次复乘运算，共需进行(2MN2+MN lg N)次复乘运算[13]．本文提出的一维补偿处理，其多普勒粗搜索范围为[-Fr/2 Fr/2]、搜索步长为Fr/N，多普勒精搜索范围为[-Fr/(2N) Fr/(2N)]、搜索步长为Fr/N2，需要进行2M次N点多普勒补偿以及2M 次N点快速傅里叶变换，共需进行复乘运算次数为(2MN+2MN lg N)．设距离分辨单元增大倍数为K，则复乘运算次数进一步降低为(2MN+2MN×lg N)/K．2种补偿的复乘运算量之比为D=K(2N+lg N)/(2+2lg N)(19)图4给出了距离分辨单元由150m增大至300、600、1200m(即K=2、4、8)时，2种补偿的复第6期董鹏曙，等：综合脉冲孔径雷达的一种长时间相参积累方法401乘运算量之比D 与相参积累脉冲数N 的关系曲线．由图4可看到，一维多普勒补偿处理的运算量仅为KT 补偿处理运算量的几百分之一至几千分之一．１５９１３３１７３２１３２５２９３相参积累脉冲数运算量倍数图4KT 补偿与一维补偿复乘运算量之比与相参积累脉冲数的关系曲线5结论1)通过适当增大距离分辨单元，延长目标在距离分辨单元的驻留时间，可增大积累脉冲数，在一定程度上避免了距离走动补偿问题，从而将距离走动、多普勒走动二维补偿简化为多普勒走动一维补偿处理，极大地减少了运算量，提高了处理效率．2)在多普勒域通过粗精两步搜索补偿处理，消除目标回波在相参处理间隔期内的多普勒频率变化，可将相参积累时间延长至数秒，相参积累脉冲数增大到数百至数千个，从而弥补隐身目标雷达截面积减小的影响，提高SIAR 对隐身目标的探测能力．3)当脉冲数增大到数千时，采用FFT 算法，要对全向所有的距离单元进行多普勒补偿和MTD 处理，对信号处理的运算速度和设备量仍然提出了极高的要求．因此，大脉冲数雷达回波信号的实时多普勒补偿、快速FFT 处理，是SIAR 实现长时间相参积累、提高隐身目标探测能力的瓶颈，需要进行更深入研究．参考文献：[1]陈伯孝,吴剑旗.综合脉冲与孔径雷达[M].北京:国防工业出版社,2011:10-21.[2]吴兆平,苏涛.采用目标轨迹积累的窄带雷达信号长时间积累方法[J].电路与系统学报,2012,17(2):6-12.[3]刘忠训,王涛,王雪松,等.对微弱线状分布目标的雷达检测方法[J].系统工程与电子技术,2010,32(3):499-503.[4]问翔,刘宏伟,包敏.一种距离扩展目标的Hough 变换检测器[J].电子与信息学报,2015,37(5):1104-1110.[5]YUAN Sijie,WU Tao,MAO Mao,et al.Application researchof Keystone transform in weak high-speed target detection in low-PRF narrowband chirp radar[C]//Proceedings of 9th International Conference on Signal Processing.IEEE,2008:2452-2456.[6]高玉祥,张兴敢,柏业超.基于Keystone 变换的高速运动目标检测方法研究[J].南京大学学报(自然科学版),2014,50(1):30-34.[7]谢锡海,马小玲.基于Keystone 变换的相参积累方法[J].传感器与微系统,2016,35(9):54-57.[8]余吉,许稼,汤俊,等.基于Keystone 变换的改进雷达目标长时间积累[J].雷达科学与技术,2008,6(6):454-458.[9]XU Jia,YU Ji,PENG Yingning.Radon-fourier transform for radar target detection (II):blind speed sidelobe suppression [J].IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Sys-tems,2011,47(4):2473-2489.[10]邓填棣.高空高速平台载雷达空中动目标检测技术研究[D].成都:电子科技大学,2014:31-40.[11]周煦,许稼,钱李昌,等.雷达高机动目标长时间混合积累快速算法[J].信号处理,2015,31(12):1547-1553.[12]董鹏曙,向龙,谢幼才,等.高速机动目标频移特性与检测方法[J].探测与控制学报,2016,38(3):66-70.[13]李炳华,汪文英.基于Keystone 变换的雷达增程设计研究[J].现代雷达,2018,40(4):21-26.A long-term coherent integration method for SIARDONG Pengshu,XIANG Long,XIE Youcai,WU Wen(Air Force Early Warning Academy,Wuhan 430019,China)Abstract ：Addressing the complex motion compensation and heavy computation burden in the process of long-term coherent integration for synthetic impulse aperture radar (SIAR),this paper proposes a processing meth-od which simplifies the two-dimensional compensation processing of distance migration and Doppler migration to one-dimensional compensation of Doppler migration by means of appropriately increasing the range resolution unit.Firstly,the paper establishes the model of relations between Doppler frequency variation,target motion accel-eration and angular velocity,analyzing the effects of acceleration and angular velocity on Doppler frequency,and then proposes a motion compensation method based on Doppler frequency variation and also makes simulation analyses on the number of coherent integration pulses before and after the compensation.The simulation results show that the proposed method can prolong the coherent integration time of SIAR by dozens of times,and reduce the amount of calculation to much less than 1%.Key words ：synthetic impulse aperture radar (SIAR)；coherent integration ；long-term ；motion compensation。

GmAPD激光雷达脉冲累积探测性能的研究

硕士学位论文Gm-APD激光雷达脉冲累积探测性能的研究RESEARCH ON THE DETECTION PERFORMANCE OF Gm-APD LASER RADAR WITH PULSE ACCUMULATED DETECTION徐璐哈尔滨工业大学2012年7月国内图书分类号：O439 学校代码：10213 国际图书分类号：535 密级：公开理学硕士学位论文Gm-APD激光雷达脉冲累积探测性能的研究硕士研究生：徐璐导师：张宇教授申请学位：理学硕士学科：光学所在单位：理学院答辩日期：2012年7月授予学位单位：哈尔滨工业大学Classified Index: O439U.D.C: 535Dissertation for the Master Degree in ScienceRESEARCH ON THE DETECTION PERFORMANCE OF Gm-APD LASER RADAR WITH PULSE ACCUMULATED DETECTIONCandidate：Lu XuSupervisor：Prof. Yu ZhangAcademic Degree Applied for：Master Degree in Science Speciality：OpticsAffiliation：School of ScienceDate of Defence：July, 2012Degree-Conferring-Institution：Harbin Institute of Technology摘要随着科技的发展，激光雷达在军事、天文、工业等诸多领域均有广泛应用，已成为高科技领域的研究重点之一。

Gm-APD(Geiger-Mode of Avalanche Photodiodes)具有单光子灵敏度，因此其在高精度、远距离的弱信号探测中具有很大的优势。

基于Gm-APD阵列的三维成像激光雷达近十年来发展十分迅速。

雷达原理--第5章

1/ 4
4、跟踪雷达方程
1/ 4
Rmax
M=1
M=5
M=10
M=20
M=50
M=100
M=200
M=1000
§5.4 系统损耗
雷达方程：
Rmax = [ ( 4π )3 KT B F D C L ]
0 n n 0 B
Pt Gt G r σλ 2
1 4
其中，L表示雷达个部分损耗引入的损失系数，L大于1，用正分贝数来表示。引起损耗的因素包括：波导传输损耗、接收机失配损耗、天线波束形状损耗、操纵员损耗、设备工作不完善损耗。
1：存在目标时判为有目标，这是一种正确判断，称为发现，其概率称为发现概率 2：存在目标时判为无目标，这是错误判断，称为漏报，其概率称为漏报概率 3：不存在目标时判为无目标，称为正确不发现，其概率称为正确不发现概率 4：不存在目标时判为有目标，称为虚警，这也是错误判断，其概率称为虚警概率
§5.3 脉冲积累对检测性能的改善
二地面或水面反射对作用距离的影响
地面或水面的反射是雷达电波在非自由空间传播时的一个最主要影响。
作业一某雷达系统，已知： Pt=100Kw，τ=2μS，fr=400Hz，fc=10GHz，φA=1.2m， θ0.5=2°，收发共用天线，天线扫描速度νt=6转/分钟， Simin=-107dBm ，噪声系数 Fn=1.5 ，接收机失配损失 Cb=0.56dB，雷达总的损耗L=3.5+1.6+2=7.1dB，求：〈1〉理想无耗最大作用距离；〈2〉当雷达仰角为5°时，最多可能的脉冲积累数；〈3〉考虑失配损失和损耗时，雷达的最大作用距离；〈4〉当电波衰减系数δ=0.01dB/km时的雷达最大作用距离，并估计现在大约是什么样的气象条件？〈5〉当Pf=10e-3时，检测概率Pd=? 〈6〉计算M=20个脉冲相参积累后的检测性能；〈7〉当Pf=10e-8，Pd=0.999，M=20，距离可增大到多少；

电子论文-雷达信号的长时间积累

‘●●ｊ雷达信号的长时间积累保铮（西安电子科技大学７１００７１）【摘要】对冒达信号进行积曩．以增加实际利用的信号能量．是提高检测性艟的有鼓手爱，对低可瑰测性目标的检测必须采用长时问积累．传统积累方法为基于Ｆ下Ｔ的相干积累和跨周期幅度相加的非相干积景．前者假设耳标近似恒速运动．后者认为积累期间回波包络的移动可以忽略．当采用长时同积累对．上述两个条件通常不满足．本文介绍了长时间积累时的信号处理方法．【美键谓】信号检测．相干积累．非相干积累１前言现代雷达为了检澍低可观测目标，常采用长时间积累．其积累时同达秒级或更长．现代雷达除了检测、参数估计等传统功能外，还具有成像功能．目标需相对雷达射线转动～定的转角（通称相干积累角，对ｘ波段雷达约为２～３。

），其观测时问也需几秒到十几秒．在长达秒级的观测时同里．回波多普勒为常数的近似假设通常不再适用，其多普勒是时变的．实际上，有些飞行目标，如发射段的导弹或末段的炮弹．在短于秒级的时间里．回波的多普勒也是时变的．对这些时变回波，基于ＦＦＴ的相干积累方法也不再适用，需要另辟氍径．探索新的相干积累方法．此外．长时问积累。

回波包络也会有所移动，甚至有较大的移动，此时如何实现积累嚣进一步研究．２短时傅里叶交换和Ｗｉｇｎｅｒ—ｖｉｌｌｅ分布［１］在雷达信号处理里，常采用傅里叶变换作相于积累。

实际上。

雷达里总是对接收回筏串进行分段处理，也可说用的是短时傅里叶变换（ｓＴＦＴ），当信号多普勒与傅里叶某一分量的频率相同时．旋转因子将各次信号的相位校正为相同，从而使信号相干相加。

ｓＴＦｒ的窗长应与目标的渡束驻留时间相适应．当为检测小且标丽采用多波束技术等加长目标波束驻留时间，则应考虑回波信号的平稳性，即多酱勒的时变性。

这时ｓ］限Ｔ的窗长应与信号的。

局部平稳长度”相适应，过分的窗长不能使窗内的时变信号有效地相干积累，输出信噪比反而会降低．回波信号的局部平稳长度是由信号自身性质确定的．但是。

脉冲积累参数计算公式

脉冲积累参数计算公式脉冲积累参数是指在脉冲雷达系统中用来描述目标回波信号特性的参数。

它是脉冲雷达系统性能评价的重要指标之一，也是脉冲雷达信号处理中的重要参数。

脉冲积累参数的计算公式可以帮助我们更好地理解和评估脉冲雷达系统的性能。

脉冲积累参数的计算公式如下：SNR = (Pd Pt G σλ^2 R^4) / ( (4 π)^3 k T L F B N )。

其中，SNR代表信噪比，Pd代表目标回波功率，Pt代表发射脉冲功率，G代表天线增益，σ代表目标雷达截面积，λ代表波长，R代表目标距离，k代表玻尔兹曼常数，T代表系统温度，L代表系统损耗，F代表雷达因子，B代表脉冲带宽，N代表脉冲积累次数。

在这个公式中，各个参数的含义和作用如下：Pd，目标回波功率，是描述目标回波信号强度的参数，通常由目标的特性和雷达系统的性能共同决定。

Pt，发射脉冲功率，是指雷达系统发射的脉冲信号的功率大小，它直接影响到信号的强度和覆盖范围。

G，天线增益，是指天线在特定方向上的辐射功率与同一方向上的理想点源辐射功率之比，它反映了天线在某一方向上的辐射能力。

σ，目标雷达截面积，是描述目标对雷达波的反射能力的参数，它反映了目标的大小和形状对雷达信号的影响。

λ，波长，是指雷达波的波长大小，它决定了雷达信号的传播特性和与目标的相互作用。

R，目标距离，是指目标与雷达系统之间的距离大小，它决定了目标回波信号的强度和延迟时间。

k，玻尔兹曼常数，是自然界中的一个物理常数，它与系统的温度和噪声功率之间的关系密切相关。

T，系统温度，是指整个雷达系统的有效温度，它包括了天线、前端放大器、混频器等部件的噪声温度。

L，系统损耗，是指雷达系统中各个部件的传输损耗和耦合损耗的总和，它直接影响到系统的性能和灵敏度。

F，雷达因子，是描述雷达系统性能的一个综合参数，它包括了雷达的发射功率、接收灵敏度、脉冲重复频率等因素。

B，脉冲带宽，是指脉冲信号的频率带宽大小，它决定了脉冲信号的时间分辨能力和频率分辨能力。

雷达脉冲积累2013_1119

( S0 N 0 )1
3、依据给定的Pd 和虚警数nf，查改善因子曲线得
I (n) nE(n)
4、求出n个脉冲积累时，为保证探测性能，每脉冲所需的信噪比：
( S0
( S0 N 0 )1 N0 )n nE(n)
§4-4考虑脉冲积累后的雷达方程
Rmax
1 P t G nE( n) 4 [ ] (4 )3 KT0 Bn Fn ( S0 / N 0 )1
3、二元序列(非相参)积累
m1
距离门1
计数器1 计数器2
比较器1 比较器2
m2
接收机前端
中频滤波器
包络检波器
门限限幅器
1dB A/D
距离门2
信号检测器
距离门N
计数器N
比较器N
第一门限
第二门限
mN
§4-2 雷达脉冲积累方式
a.
a(t )
重复周期
b. c.
R1计数脉冲
积累改善因子：积累损失：相参积累改善因子：
I (n) nE (n)
L(n) 10log10 [1/ E(n)] I coh (n) n E (n) 1
§4-3 脉冲积累效率
查表求改善因子 I (n)
§4-3 脉冲积累效率
定义: 在虚警时间内能够独立进行判断的平均次数 nf 为虚警数 1 已知虚警概率： n f T fa BIF f fa T fa BIF
●对于运动目标，中频累加器要匹配由目标运动引起的脉冲到脉冲的相
位变化。
相参积累效率高，实现困难，在实际中用得比较少
§4-2 雷达脉冲积累方式
思考题：雷达工作频率10GHz,中频输出频率 30MHz，中频滤波器带宽

采用脉冲积累方式提高防撞雷达测距性能

1 脉冲积累提高回波信号的信噪比
雷达信号检测中广泛使用奈曼 - 皮尔逊准则 ,这个准则要求在给定信噪比的条件下 ,满足一定虚警概率时的发现概率最大. 这一准则的实现方法是将雷达接收机接收到的回波信号与某一预设的门限电压 UT 进行比较 ,若包络幅度超过门限 , 则认为目标存在 , 否则认为目标不存在. 所以雷达检测的关键是要设置合适的门限检测电平 , 显然提高雷达回波信号的信噪比可以提高门限检512
=
12. 8N 512
add r
μ
s,
(N addr
= 0, 1, 2, …, 511).
(8)
第 29卷第 4期申利平 ,等 : 采用脉冲积累方式提高防撞雷达测距性能
31
④在第 11周期 ,读出 RAM 中的数据 ,以一定的门限电平进行判决 ,再生脉冲 ,求出再生脉冲中点所对应地址 N addrm id得回波脉冲的中点时刻 tm id ,比较收发脉冲的中点时刻即可得收发脉冲的时延 td , 最后求出两车距离 ;从 RAM 中读出数据的同时 , 将 RAM 清零 , 为下次计算作准备.
⑤回步骤 ①,计算新的车距. 这种边存储边累加的算法占用的存储单元为 512个 ,与脉冲积累的个数无关 ; 计算一次距离所需时间为 11个周期 ,共计 140. 8μs,前 10个周期完成脉冲积累 ,第 11个周期完成脉冲再生和距离计算 ,再无需额外的处理时间 ,具有很强的适时性. 3) 脉冲积累原理图主要由 RAM 地址产生器 ad2 drgen,双口 RAM lpm _ram _dp0,加法器 lpm _add_ sub0, 常数零 lpm _constant5和数据选择器 lpm _mux0 5大模块构成. A /D 的输入位数为 8,为了保证 10 次累加过程中加法器不溢出 ,所有模块的数据总线设计成 12位. 存储样点数为 512,地址总线设计成 9位 , RAM 存储大小为 512 ×12 bit. 脉冲积累的核心是能同时读写的双口 RAM, 其同时读写并不是指在同一时刻对同一地址单元的同时读写 ,而是指在读出地址为 N1 的存储单元的同时能够对地址为 N2 (N2 ≠N1 )的存储单元进行写入 , 其边存储、边累加的功能是通过流水线的方式完成的. 这种流水

(完整word版)雷达报告

一．原理在雷达接收机的输入端，微弱的回波信号总是和噪声及其它干扰混杂在一起的，有时雷达信号甚至淹没在噪声中。

在一般情况下，噪声是限制微弱信号检测的基本因素。

雷达总是在噪声背景下发现并检测目标，因此雷达检测能力实质上取决于信号的信噪比。

使用脉冲积累的方式可以提高回波信号的信噪比。

雷达信号检测中广泛使用奈曼-皮尔逊准则，这个准则要求在给定信噪比的条件下，满足一定虚警概率时的发生概率最大。

这一准则的实现方法是将雷达接收机接收到的回波信号与某一预设的门限电压进行比较，若包络幅度超过门限，则认为目标存在，否则认为目标不存在。

所以雷达检测的关键是要设置合适的门限检测电平，显然提高雷达回波信号的信噪比可以提高门限检测电平，从而提高发生概率。

脉冲积累可以提高回波信号的信噪比，对n 个脉冲观测的结果就是一个积累的过程，积累可简单地理解为n 个脉冲的叠加。

早期雷达中常用的积累方法是利用阴极射线管荧光的余辉加上雷达操作员眼睛和大脑的积累特性。

积累可以在包络检波前完成，称为“检波前积累”或“相干积累”。

信号在相干积累时要求信号间有严格的相位关系，即信号是相参的，故又称为相参积累。

积累也可以在包络检波以后完成,，称为“检波后积累”或“非相干积累”。

由于信号在包络检波后失去了相位信息而只保留下幅度信息，因而检波后积累就不需要信号间有严格的相位关系，因此又称为非相参积累。

通常雷达回波脉冲上叠加了噪声，幅度时大时小，但回波脉冲是周期性的、时间相关的，而噪声是随机的、时间无关的，多个脉冲积累后可以有效地提高信噪比，从而改善雷达的检测能力。

由脉冲重复频率为()p f Hz ，天线波束宽度为()B θ︒，扫描速率为每秒.s θ的扫描雷达收到的来自一个点目标的回波脉冲数为.6B pB p r s f f n w θθθ==式中，r w =转数/min （如果天线360度旋转）。

收到的脉冲数n 通常叫做“，每次扫描击中次数”或“每次扫描的脉冲数”。

脉冲压缩及相参积累在激光雷达中的应用

脉冲压缩及相参积累在激光雷达中的应用脉冲压缩技术是激光雷达中常用的技术之一，它可以有效地提高雷达系统的分辨率和探测距离。

相参积累技术则是脉冲压缩技术的一种应用，可以进一步提高雷达系统的信噪比和距离分辨率。

本文将从理论和实践两个方面介绍脉冲压缩及相参积累在激光雷达中的应用。

一、脉冲压缩技术的原理脉冲压缩技术是利用信号的频域特性来实现距离分辨率的提高。

在激光雷达中，脉冲信号的频谱宽度与脉冲宽度成反比，即脉冲宽度越窄，频谱宽度越宽。

因此，如果使用一个宽脉冲来发送信号，可以得到更好的信号穿透能力，但是距离分辨率会受到限制。

相反，如果使用一个窄脉冲来发送信号，可以得到更好的距离分辨率，但是信号穿透能力会受到限制。

为了克服这种限制，可以使用脉冲压缩技术来实现信号的压缩。

脉冲压缩技术的原理是将发射脉冲与接收脉冲进行卷积，从而实现信号的压缩。

具体来说，可以将发射脉冲和接收脉冲分别表示为$f(t)$和$g(t)$，则它们的卷积为：$$h(t)=int_{-infty}^{infty}f(tau)g(t-tau)dtau$$ 其中，$h(t)$表示接收到的信号。

如果发射脉冲和接收脉冲的频谱存在重叠区域，即$f(omega)g(omega)eq 0$，则可以通过傅里叶变换将$h(t)$转换为频域信号$H(omega)$：$$H(omega)=F[f(tau)g(t-tau)]=F[f(tau)]F[g(t-tau)]$$其中，$F$表示傅里叶变换。

由于$f(t)$和$g(t)$的频谱宽度分别为$Delta f_1$和$Delta f_2$，因此$h(t)$的频谱宽度为$Delta f_1+Delta f_2$。

如果$Delta f_1Delta f_2=frac{1}{2pi}$，则可以实现信号的压缩，即$h(t)$的脉冲宽度变窄，距离分辨率得到提高。

二、相参积累技术的原理相参积累技术是脉冲压缩技术的一种应用，可以进一步提高雷达系统的信噪比和距离分辨率。

中等脉冲重复频率雷达的非相干积累

中等脉冲重复频率雷达的非相干积累1995幸第期现代电子总第j3期,,(中等脉冲重复频率雷达的非相干积累,O参嚣乞遥/摘要就中等脉冲重复期事雷达蔼言.其探涮在距离和径向建度两方面都是模糊的.本文f探讨解决脉冲串波形雷达的匪离和径向速寝测量以及分辨问题的若干方法:这种脉冲串波形的特征是串问PRF和RF可变.对两种检测方法作了比较研究:1)运串脉冲为基础实现韧始检测,其后将备串脉冲的检测结果进行综音;2】首先在匪离和径向速度两方面展现经多昔勒处理后的视期,再将相应的归一忧接收功率求和.最后对所蒋结果进行检测.对这两种方法的堵果所作的比较表明.第二种方法的处理增益明显优于第一种方法.这些检测方法的一十重要特性是它们能分辨模{鳙.在元特殊措施的情况下,所谓的幻泉检测散(那在分辨失当的位置和速度点的检测散)可能是较大的.针对一种三脉冲串情况对降低幻象率的两十方法作了说明.1引言桐歹艰,/f]某些雷达,为了既能非模糊地分辨速度即多酱勒频移,同时又维持高的杂渡下可见度,丽采用中等PRF脉冲串.在系统设计有这个要求的场合,可以有若干方法来解决这些问题.而大多数方法的共同点是以多普勒滤渡器组来相干积累多个脉冲视频.不过,在相干积累之后,解决距离和多普勒模糊问题的方案却是多种多样了.对两种方法在性能方面作了比较,面对基于非相干积累的一种方法作了详细描述,以便对实施的某些方面进行分析.第一个方法立足于首先对每个脉冲串中的目标信号(经过多普勒处理后)进行首次检测,其后接组合逻辑,旨在解决模糨.第二个方法采用与第一个方法相反的工作顺序:(经过多普勒处理后).它首先按多普勒滤渡器对所有脉一冲串积累多普勒数据,井对相加功率结果进行检测.因此.这种方法叉叫做非相干积累.(参见【I】)用于检测目标和分辨其模糊度的一组脉冲串称之为一次凝视.2非相干积累非相干积累的原理可以简单地阐述如下:假定有i个脉冲串,目标起伏为SweflingI型,噪声功率为2.率为M.如果被测信号仅含噪声,那么其概率密度函数为:p‟(M)=Mo.‟哪卜M1}f2)1被测信号的平均功f1)如果M由信号(其幅度为常数A)和叠加其上的噪声组成,那么, PM):M一2exp(一(M+)f(2)1MAi1(2)…P.ⅧnGendemn.W—JH.Me~er,‟NonCohe~ntIn~grationinaMediumPRFRadar, 1995IEEEInmaonalRadarconferen∞.pp91～94(湘彭译.贾光沿校)一53—它为人们熟悉的R分布.式中】是零阶修正贝塞尔函数.根据最大似然比,最佳检测用作检验统计:∑h{mfMJmJ)r3J式中i为脉冲串数.如果A不是常数,面是一个平均幅度为的Ray1ch随机量,那么检验统计为:E一l￡(oMi(2(t+))一ln(1+吐}哦)】(4)以=a将口i对背景归一,则该检验统计可以重写:E=t[aM2~(2(1+Ⅱ))一tn(1+n)3(5》式中0”i表示第i脉冲串中的背景功率.删除所有比例参数,并针对一个特定的检验统计简化成:E‟=l峨it(6)E必须与一门限比较.才能判定是否可以宣称发现目标.相反.如果视频先与一门限作比较,并以m中选n的方法组合所得单元检测结果,邪么最终发现概率为:P=∑frJ一一r7)式中P为平均信号功率为M的脉冲串级的发现概率.很明显,在此假定所有脉冲串的这一概率相等,也就是说,其平均信号一背景比相同.图la和lb分别表示3一脉冲串和4一脉冲串在两种情况下按(6)式和(7)式的计算结果.根据(7)式完成PD>=nlm]的组合过程;其条件是,在3一脉冲串场合(m=3),n=2;在6一脉冲串场合(m=6),n=3和n=4.从凰可以看出.总的说来,可以实现的增益为:1)脉冲串数少时.得益较大;2)发现概率较高时,得益较大.——54——I二芭苷_匿甚划信噪比(dB)圈1a针对两种积累方法的作为S的函数的发现概率圈示曲线适台每次凝视有3个脉冲串的情况!//…一!..《/,‟/一i,一_..0叫一哥ol/.-璧,.l///,/;i.二蜚莩黧帚.i…….组合过程!=10信噪比(dB)图Ib针对两种积累方法的作为s1N的函数的发现概塞图示曲线适合6-弥冲串组合情况3非相干积累中的展现:消除幻象在前面几节一直忽视了多普勒/距离分辨力同题.而作为获得这种分辨力的一种方法的实瑷本身都会直接引伸出上述分析不过,检测前视频非相干积累方法的一个重要特性却是可能存在若干所谓的幻象检测.为了说明这个阊题,假定目标离雷达的距离为125km,其径自速度为250m/s.而且该S波段雷达之波长为0.1m,PRF为3~0Fiz.这样,该雷达的非模糊距离为50kin,非模糊多普勒频移为3删z.所以,在这一实例里,实测值将是:模糊距离:2.~krn,藻期多普勒频移=2000Hz.不过,正如图2a所示,在相同的模糊值上也会实测到其它目标.如果同一S波段雷达采用另一个PRF=25.0Hz的模糊脉冲串,那么实测模糊僮将分别为5km和0Hz.从图2b也可以看出,其它模糊目标也会具有同样的模糊值.将图2a和2b综合或叠加后可以看出,只是对非模糊的目标距离和多普勒,才存在公共的冈格单元.图3给出了这种求和结果.图中的伪检测本文称之为幻袅.幻象数取决于脉冲串数,亦即在距离和径向速度两维的重叠数.1键且置怒厦.\真实位置,,,I/模糊捡/,\!/\,/图针对距离为125kra,速度为250rn的目标丽言的展现实铡.雷达参数:PRF=3(]00,=O.1m55j超r\\真实位置\/模糊睑测.//,\‟———～./l\l\\图2b针对距离为125k鸭速度为~0mls的目标丽言的展现实例.雷达参数:PRF=2500.2~O.1m1髓图3圈和叠加合成圈消除象图3中那样的检{奥l序列的幻象所用的一种强制法似乎可以直截了当地得出:1)选择检测中最强的信号;21将构成最强检测信号的原脉冲串视频中的那些距离/多普勒单元删除;3再次展现模糊数据,以求发现可能的其他目标.这一过程重复进行次数与目标检攫1次数一榉.这种强制}击有效的条件是相加的目标回波应比一个(或多个)目标回波与一个或多个噪吉贡献的和强如不能满足,那么这一过程就台导致分辨不当的非模糊结果?4通过数据选择来消除幻象借助于数据选择过程可以实现一种很简化的减少幻象检测数的方法,不过,却有约0,SdB的损戋这种数据选择过程的内容包括:时在展现陶.接照菲相干积累过程对超过上设低门限的那些单兀册税顿=旺_仃系,1日J”啦一56—格中的每一单元保持对那一特定单元中已经累加的脉j中串数的管理;运用积累后门限,其电平取决于每一单个单元中实簖渗与累加的脉冲串数:选择日些超过检铡门限而且具有非模糊解的那些单元(例如,在这些单元中至少有两个脉冲串参与积累).这一过程似乎降低了非相干积累的得益,从而导致增益略有降豫.不过,必须强调指出,这种方法在减少幻象影响方面是强有力的.其它更高级的方法也是有的,不过,虽然增益减少较轻,但要求更高驹处理能力.…已经针对圉1a的3一脉冲串情况和10～,l0虚警率计算了幻象消除过程的性能,其结果示于圉4.就这种过程的性能而言,这些结果可以说是典型的,虽说它们与波形参数也有一定的关系.注意.对虚警率为10的或多或少可视为正常的情况,检测曲线之间的水平距离为约0.5分贝.1.0*鞋5:l二1正确的非模糊图形的橇辜I{1:—旁无幻囊梢除P;10L有幻主消除p=l0_.1MT;IllXIll/r硝,L有幻囊消辣P1/\L无幻囊消除P,,IJ,///1iIfllIIf1ffJ=10一=10一‟.‟.‟‟‟‟”“,Id田4非相干积累过程的检测性能:针对图la的3--肆冲串和有,无幻囊清除过程辱情况图5说明幻象消除过程的性能结果.图示说明,幻象数明显减少.图中的概率曲线是针对两种处理策略描述的:n对于无幻象消除过程情况,该图表弭的概率系指每次凝视有一个或多个幻象强度超过真实目标的,而且这幻象也超过积累后检测门限;●1.雹‟爨嘣普z聪…幻囊率III,l,(.IlIIIlI;,,1一I\:{ji//{I‟,\I—j,:/r;I,:\,I/I{/\I\\i0i/-‟～,,—L一——初始幻囊率P=1—————1圈5以幻囊取代真实目标的_IIc辜一57—2)对于有幻象消除过程情况?增加～个准则,即对幻象检测有贡献的赫冲串数大于或等于2.因此,检测是距离/多普勒非模糊的.值得注意的是,对于非常弱的回渡,对目标的发现概率是很低的,而且在这些条件下,幻象数也小.另一方面,在回波很强对,热噪声对幻象宰的影响可以忽略.同时,幻象检测数也极小.应强调的是,在回渡强度由低到中等的过渡段,幻象比相应真实检测更强的概率是不可忽视的.5结语本文将中等PRF雷达解决非模糊距商和径向速度分辨力所用的传统组台法与一种采用非相干积累的方法作了比较.后者有改进得益.所推荐的这个方法的一个重大的问题是它产生幻象检测.文章中给出了一个简单的降低幻象检测数的办法,不过,在最通用的虚检率下,会有不大的处理增益损失.耍着重指出的是,组合法会产生明显的幻象点迹数.参考文ltfIjKGerta~andGA.Atldrev~Cascadedd凇formu~p/eh一pu出Pphrada~,IEEETm,-‟aac~OnAer~paceand日酣Io】血姆船如l巨N0p.754一襁S印衄nb1990.简讯?影响雷达系统设计的要素驾驭雷达系统设计的八十基本要素:1.功能:雷达起什么作用,应提供什么数据?如果与其它雷达或通信系统协同工作,必须具备什么界面?2性能:必须提供什么撵舯空闯区域的数据?分辨力,精度和数据串如何要求它探测并跟踪的目标的特性怎样?预期的目标的空同,时间和速度分布如何?可以接受的平均虚警时间.要求雷达能在什么样的环境(自然或人造环境)下工作?3物理限制:最大重量,重量分配,密度限制;供电,冷却要求,机动性以及这些因索对机械和电设计的影响.为了在雷达使用期对设计作修改.机棱和电设计应具备什么条件?4可用性:无故障工作时同,工作比和平均故障佳复时间.在现场与中心修理厂修复项目的等级.5工作能力:人工操作或无人值守工作.对操作和维护人员的技术水平要求,训练方接.6试验和评估:怎样预测设计雷达在预定环境下的工作性能?为了确信设计的可行性和实用性.应做怎样的分析,模拟和物理试验?7寿命周期费用:研究,研制.试验和鉴定费用,每单元费用指标.生产.备件.训练和该雷达的预耕寿命期使用和维护等项的费用.8.研制周期:第一十工作单元完成时间.为满足生产调度,应在什么时候踪结设计?什么样的雷达工艺能与生产调度相符?一58一湘彭摘译自‟Join‟halofElectronicDefense,Jan.1995‟。

雷达脉冲积累

4）对于大的随机干扰有较强的抵抗能力。
§4-3 脉冲积累效率
●相参积累信噪比提高了n倍，在系统参数不变条件下，为保证系统在同样的探测概率和虚警概率约束下，具有相同的的探测能力，积累后每脉冲所需信噪比应为单脉冲信噪比的1/n；既：积累后每脉冲所需信噪比为：
S ( N )n

(
S N
)1
n
●积累效率的定义设有n个视频脉冲进行非相参积累，为保证系统在同样探测概率和虚警概率约
n2 倍，而噪声是功率相加，积累后噪声功率增加了n倍。因而积累后，
信号噪声功率比增加了n倍。 ●需要中频脉冲信号相位的先验知识，根据各中频信号相位，调整中频累加器的相位响应，以实现中频脉冲信号电压的同相相加。 ●对于运动目标，中频累加器要匹配由目标运动引起的脉冲到脉冲的相位变化。
相参积累效率高，实现困难，在实际中用得比较少
1
]4 N0 )min
p fa
exp(
vT2
2
2 n
)
pd

f
(A n
)
发现概率及虚警概率与门限电平的关系
§4-1 积累过程所依赖的信号特性
◆为什么要积累？
在同样的系统参数、配置和同样的目标环境，通过脉冲积
累，提高雷达系统的输出信号噪声比，进而提高雷达系统的探测
性能：
pd
●提高系统的探测概率
包络检波器
视频累加器
雷达检测器
{VT }
中频累加器
雷达接收机功能示意框图
§4-2 雷达脉冲积累方式
1、雷达回波脉冲的相参积累 Coherent Integration ●在中频滤波器的输出端直接进行中频积累，各脉冲的中频信号电压同相相加，若对n个脉冲进行积累，则积累后的信号功率是单脉冲功率的

雷达基本信号概念：相参，积累，采样率，IQ数据

雷达基本信号概念：相参，积累，采样率，IQ数据相参相参⼜称为相⼲, 定义为***脉冲之间存在确定的相位关系***。

简单来说，脉冲间的相位可以互相对照，知道其中⼀个相位就有办法知道另外⼀个。

相参处理的意义在于脉冲积累时提⾼信噪⽐，提⾼多普勒频率的准确度。

相参是指脉冲之间的初始相位具有确定性（第⼀个脉冲的初相可能是随机的，但后序的脉冲和第⼀个脉冲之间的相位具有确定性，这是提取多普勒信息的基础。

第⼀个脉冲初始相位的随机性并不影响后序的信号检测，因为检测前是要进⾏取模的），⾮相参是指脉冲之间的初始相位都是随机的，彼此不相关。

相参和⾮相参是⼀个与硬件发展相关的⼀组概念。

原来的脉冲产⽣⽅式是让振荡器通过⼀个精度不⾼的开关，由于开关的精度不⾼，微⼩的时延误差就会导致⾼频信号的初相出现⼤的差异，因此产⽣出来的脉冲信号初始相位可以看作是在[0,2*pi]之间的均匀分布，下⼀个脉冲也是如此。

现在的信号产⽣⼀般采⽤⾼精度晶体振荡器加直接数字频率合成（DDS）。

当然，这种信号产⽣⽅式也是有相位误差的，衡量相参性能好坏的指标好像有频率稳定度、相位噪声等。

积累积累分为相参积累和⾮相参积累,⾮相参积累⼜称视频积累。

雷达回波中存在噪声，雷达的主要⽬的就是要把微弱的⽬标信号从噪声中分离出来，即设法提⾼信号和噪声的⽐值（信噪⽐)。

⽬标信号是放⼤⼀种直接办法，但会同时放⼤，并且放⼤电路⾃⼰本⾝也有噪声，不利。

进⾏积累,我们可以对n个回波进⾏累加,由于噪声是随机的,累加的结果是信号变强（理想状态是提⾼到n倍）,⽽噪声因是随机的,强度反⽽变⼩，这样信号与噪声⽐就提⾼了。

、相参积累⼜称中频积累，它是最理想的积累，因为中频积累保存了相位信息即是相参信号，所以理论上积累后信噪⽐可提⾼到n倍，但这相对来说对雷达体制的要求较⾼；视频积累⼜称⾮相参积累，也称检波后积累，它是将已变为中频的回波信号经包络检波后进⾏累加，由于检波后相位信息丢失，回波变为⾮相参的,成为纯粹的视频信号,故称⾮相参积累。

雷达脉冲积累

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